Struktura i funkcioniranje enzima

Enzimi su protein koji olakšava stanični metabolički proces snižavanjem razine aktivacijske energije (Ea) da bi se katalizirale kemijske reakcije između biomolekula. Neki enzimi smanjuju aktivacijsku energiju na tako niske razine da zapravo preokrenu stanične reakcije. Ali u svim slučajevima, enzimi olakšavaju reakcije bez promjene, poput načina na koji gori gori kad se koristi.

Da bi došlo do kemijskih reakcija, molekule se moraju sudarati u odgovarajućim uvjetima, što enzimi mogu stvoriti. Na primjer, bez prisustva odgovarajućeg enzima molekule glukoze i molekule fosfata u glukoza-6-fosfatu ostat će povezane. Ali kad predstavite enzim hidrolaze, molekule glukoze i fosfata se odvajaju.

Tipična molekulska masa enzima (ukupna atomska težina atoma molekule) kreće se od oko 10 000 do više od 1 milijuna. Mali broj enzima zapravo nisu proteini, već se sastoje od malih katalitičkih RNA molekula. Ostali enzimi su multiproteinski kompleksi koji sadrže više pojedinačnih proteinskih podjedinica.

Dok mnogi enzimi kataliziraju reakcije neki sami zahtijevaju dodatne neproteinske komponente nazvane "kofaktori", a to mogu biti anorganski ioni kao što je Fe²⁺, Mg²⁺, Mn²⁺ili Zn²⁺ili se mogu sastojati od organskih ili metalo-organskih molekula poznatih kao "koenzimi".

Većina enzima klasificirana je u sljedeće tri glavne kategorije na temelju reakcija koje kataliziraju:

• oksidoreduktaze kataliziraju reakcije oksidacije u kojima elektroni putuju iz jedne molekule u drugu. Primjer: alkohol dehidrogenaza koja alkohol pretvara u aldehide ili ketone. Ovaj enzim čini alkohol manje toksičnim jer ga razgrađuje, a također igra ključnu ulogu u procesu fermentacije.
• transferaza katalizira transport funkcionalne skupine iz jedne molekule u drugu. Primjeri uključuju aminotransferaze koje kataliziraju razgradnju aminokiselina uklanjanjem amino skupina.
• hidrolaza enzimi kataliziraju hidrolizu, gdje se pojedinačne veze razgrađuju nakon izlaganja vodi. Na primjer, glukoza-6-fosfataza je hidrolaz koji uklanja fosfatnu skupinu iz glukoze-6-fosfata, ostavljajući glukozu i H3PO4 (fosfornu kiselinu).

Tri manje uobičajena enzima su sljedeća:

• liaze katalizira raspad različitih kemijskih veza drugim sredstvima osim hidrolize i oksidacije, često formirajući nove dvostruke veze ili prstenaste strukture. Piruvat dekarboksilaza je primjer lize koja uklanja CO2 (ugljični dioksid) iz piruvata.
• izomeraze kataliziraju strukturne pomake u molekulama uzrokujući promjene u obliku. Primjer: ribuloza fosfatna epimeraza, koja katalizira međusobnu pretvorbu ribuloza-5-fosfata i ksiluloza-5-fosfata.
• ligases katalizacijska ligacija - kombinacija parova supstrata. Na primjer, hekokinaze su ligaza koja katalizira međusobnu pretvorbu glukoze i ATP-a s glukoza-6-fosfatom i ADP-om.

Enzimi utječu na svakodnevni život. Na primjer, enzimi koji se nalaze u deterdžentima za pranje rublja pomažu u razgradnji proteina koji uzrokuju mrlje, dok lipaze pomažu u otapanju masnih mrlja. Termotolerantni i kriotolerantni enzimi djeluju pri ekstremnim temperaturama i stoga su korisni za industrijsku procesi u kojima su potrebne visoke temperature ili za bioremedijaciju, a koji se događaju u teškim uvjetima, poput onih u Arktik.

U prehrambenoj industriji enzimi pretvaraju škrob u šećer kako bi napravili zaslađivače iz drugih izvora, osim od šećerne trske. U industriji odjeće, enzimi smanjuju nečistoće u pamuku i smanjuju potrebu za potencijalno štetnim kemikalijama koje se koriste u postupku štavljenja kože.

Konačno, industrija plastike kontinuirano traži načine korištenja enzima za razvoj biorazgradivih proizvoda.